井下伸缩式机器人通信及控制系统研究

发布时间：2020-03-30 12:03

【摘要】：大位移水平井可有效增加油气渗流通道,提高油气产量,而大位移水平井中的管串下入及仪器输送问题越来越突出。为解决上述问题,迫切需要开发一种能够提供大牵引力的井下牵引机器人。井下伸缩式机器人具有牵引力大,运动性能好等优势,但目前对井下伸缩式机器人控制系统和通信系统的研究并不完善。基于此本文针对井下伸缩式机器人的控制系统和通信系统进行研究,主要开展了以下研究工作:(1)开展了井下伸缩式机器人液压控制系统及电气控制系统设计。分析了井下伸缩式机器人的工作原理,并对井下伸缩式机器人液压控制系统进行设计,同时设计出控制系统各模块电路图,分模块阐述相关电路的作用及功能,计算相应元器件幅值,采用Altium Designer软件进行PCB电路板的绘制。(2)开展了井下伸缩式机器人基于Amesim软件的液压控制系统仿真研究。在Amesim软件中建立了液压系统的液压电气仿真模型,仿真研究液压控制系统的工作规律,得到了井下伸缩式机器人在不同工作情况下的运动周期。(3)开展了井下伸缩式机器人通信系统方案设计及通信可靠性研究。设计了井下伸缩式机器人通信系统方案,优选出有线通信的通信方式及RS485通信端口。分析了有线通信系统传输线特性,得到了不同传输线直径以及不同通信频率对传输线分布参数的影响。利用Matlab/Simulink软件建立了有线通信系统模型,优选出PSK调制技术抗干扰能力较强。分析井下下行无线通信传输的泥浆脉冲压力通信原理,建立负泥浆脉冲通信三维模型,利用Fluent流体仿真软件分析得到了分流管直径越大脉冲信号波波动越大,以及脉冲阀开关频率会影响到泥浆脉冲波的可靠性。(4)开展了井下伸缩式牵引机器人控制系统的软件设计及程序编制。基于C语言开发了井下伸缩式机器人的下位机控制程序以及串口通信程序,基于C#语言开发了井下伸缩式牵引机器人的上位机操作界面程序。(5)开展了验证井下伸缩式牵引机器人控制及通信系统电气特性可靠性的室内实验,对机器人的实际运动规则进行模拟验证。设计下行泥浆脉冲通信系统的地面模型实验系统,采集立管压力数据,对数据进行分析验证泥浆脉冲波的变化情况。综上所述,本文在广泛调研相关文献资料的基础上,设计了一种适用于井下伸缩式机器人的控制系统,完成了控制系统的工作机理仿真研究,得到了井下伸缩式机器人的工作周期。完成了有线通信系统传输线特性研究,得到了传输线分布参数的影响因素,提出了一种井下伸缩式钻井机器人的负泥浆脉冲通信方案。完成了井下伸缩式牵引机器人控制系统的软件设计。本文对井下伸缩式机器人的后续研究及工程应用具有重要意义。
【图文】：

PowerTrac轮式牵引器机器人

图１－５国产轮式牵引器机器人代表逡逑
【学位授予单位】：西南石油大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TE928

【参考文献】

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本文编号：2607520